太阳能学报

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李锦堂, 李骥, 张广秋, 孙宗宇, 朱超, 孔维政

2024, 45(9): 1-13. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0851

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依赖于既有工程经验数据或地埋管换热能力短期测试结果,采用粗放式方法进行中深层地埋管热泵系统源侧设计,导致地埋管系统容量配置不合理,影响热泵系统供暖的可靠性与经济性。为改善地埋管系统设计现状,采用动态仿真手段,同时虑及设计负荷、累计负荷、负荷逐时分布规律,分析长时间维度中深层地埋管地热资源非稳态特性和岩土温度自恢复特性,提出基于地下岩土“终态年度周期性冷热平衡”状态来确定地源侧设计供回水温度,进一步以地源侧全生命期年均成本最低进行最优化计算来确定源侧设计流量的设计方法,并将其应用于某工程项目,实现了地源侧参数的设计优化。

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富缺陷Ru纳米片驱动高分散Pt催化剂增强电催化析氢性能

王乾森, 程庆庆, 李军, 杨辉

2024, 45(9): 14-19. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0318

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采用无电沉积方法,以富缺陷片状Ru纳米颗粒（Ru NPs）为基底,制备出高度分散Pt负载在Ru表面的催化剂（Ru NPs@Pt）。单电子顺磁共振实验证明了缺陷Ru的存在,X射线衍射和透射电镜的结果证实了高分散原子或亚纳米Pt的存在。所制备的电催化剂HER交换电流密度高达2.39 mA/cm²,明显高于商业化Pt/C;50 mV过电位下质量活性高达32.34 A/mgPt,是商业化Pt/C的9.37倍,且在低载量（2 μg/cm²）下表现出远超商业化Pt/C的稳定性,证明了缺陷Ru基底对Pt电催化性能及耐久性的提升作用。

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燃料电池系统噪声源变分模态分解及偏相干分析识别研究

叶遥立, 毛正松, 倪俪文, 李嫣然, 周东凯, 陈涛

2024, 45(9): 20-27. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0709

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综合运用预处理、变分模态分析、偏相干分析等手段,对一款燃料电池系统不同运行工况下进行噪声测试及综合分析。结合不同工况下燃料电池系统零部件的工作特性,识别不同工况下主要噪声源零件及其贡献。在低负载工况下,主要噪声源零件是氢气循环泵、水泵,其特征频率分别为200、1280 Hz,贡献量分别为0.42、0.77;在高负载工况下,主要噪声源零件是空压机,其特征频率为8920 Hz,贡献量为0.24。该文分析得到不同工况燃料电池系统的噪声特性,并提出适合非消声室测试噪声数据的分析方法。

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基于等离子体气化的医疗垃圾制备氢气/甲醇系能分析

李镓睿, 陈衡, 赵淑媛, 潘佩媛, 吴礼宁

2024, 45(9): 28-40. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0775

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为实现医疗垃圾无害化、减量化和资源化处理,提高医疗垃圾的能质利用效率,提出基于等离子体气化的医疗垃圾制备氢气/甲醇系统,其中产氢系统（方案A）将医疗垃圾转化为氢气;产氢气和甲醇双燃料系统（方案B）将医疗垃圾转化为氢气和甲醇。所有方案均采用30 t/d等离子体气化炉,并从热力学和经济学角度评估和比较综合效益。结果表明,方案A和方案B的流程效率分别达到70.07%和67.96%,但由于废气的循环利用,方案B的系统?效率比方案A高出2.19个百分点。相较于方案B,方案A的动态投资回报期更短（为4.40 a）,净现值相对更高（为25556.62万元）。

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适用于光伏直驱的碱液电解制氢高效变流控制策略

熊家, 夏杨红, 程浩然, 彭勇刚, 韦巍

2024, 45(9): 41-49. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0810

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电解水制氢技术的应用可更好地促进可再生能源的消纳,提升含高比例可再生能源的电力系统调节灵活性,碱性电解槽因成本低、结构简单、技术成熟等特征广泛应用于工业电解领域。然而,由于其低载工况电解效率较低,导致其难以全范围跟踪波动性可再生能源。针对这一问题,该文首先从电解槽激励电场分布的角度揭示高低载效率差异机理,并提出基于激励电场重塑的最优功率脉宽调制（OP-PWM）策略,然后设计适用于脉冲电解的双级式变流器,并对关键性控制参数进行分析。最后,通过搭建的光伏直驱电解制氢平台对所述理论进行验证。实验结果表明：相比于传统直流电解模式,OP-PWM策略可显著提升低载效率,提升幅度达到1.8倍。若将最小电解效率约束条件定为48%,则OP-PWM控制策略可将电解槽运行范围由28%~100%额定功率扩展至20%~100%额定功率。

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基于混合动力的氢燃料电池轨道车辆研究概述

王克文, 张晓平, 周厚庆, 杨春华

2024, 45(9): 50-59. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0824

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氢燃料电池轨道车辆是一种以氢气作为燃料的新型供电制式轨道车辆,其零排放、低噪音、高效率等特点具有显著的社会效益和经济效益,也是轨道交通节能减排的重要途径之一。该文阐述了氢燃料电池的工作原理和系统组成以及氢燃料电池系统的研发进展和趋势;系统梳理了国内外氢燃料电池轨道车辆的研究及应用现状,主要从车辆类型、燃料电池功率、续航能力、最高运行速度、动力模式和储氢容量及压力等方面概括了差异点,分析了氢燃料电池混合动力模式的输出特性和在各环境下的动力匹配,证实了氢燃料电池和动力电池/超级电容形成的混合动力系统能更好地适应轨道车辆启停、怠速、持续高速以及爬坡等多种工况;最后,探讨了氢燃料电池的研究难点、氢气的储存及运输挑战以及氢燃料电池混合动力在轨道车辆上的发展潜力。

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考虑大规模风电接入的电网薄弱区域动态无功需求评估

戴剑丰, 王子博, 谢嫦嫦, 汤奕

2024, 45(9): 60-69. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0534

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提出考虑大规模风电接入的电网薄弱区域动态无功需求评估方法。首先,采用随机矩阵理论对大规模风电场群接入的电力系统进行电压薄弱节点和薄弱区域辨识,若风电接入地区为电压薄弱区域,则令风电场群进入紧急电压控制预决策环节;然后,基于BP神经网络建立薄弱区域内暂态电压稳定指标计算模型,并在此基础上提出基于灵敏度的薄弱区域动态无功需求评估方法;最后,在风电场群接入的IEEE 10机 39节点系统上对该文所提方法的有效性进行验证。

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基于Copula-Shuffle方法的风光互补制氢合成绿色甲醇系统两阶段随机优化

周家辉, 张润之, 徐钢, 薛小军, 陈衡

2024, 45(9): 70-79. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0668

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为实现“双碳”目标,推进氢能多领域应用,设计一种风光互补制氢合成绿色甲醇系统,提出面向电化工（P2X）系统的Copula-Shuffle风光出力不确定性与相关性调度场景生成方法。基于所提系统内各设备运行特性,以净收益最大为适应度函数建立两阶段随机优化模型并进行仿真分析。结果表明,所提系统经过设计调度优化后,利用电解槽启停待调度及氢储能灵活调控,主动平抑风光不稳定输出,满足绿色甲醇合成设备的柔性变负荷调节与连续生产约束,实现各设备间的深度协同运行。所提系统可充分消纳新能源电力,具有初步盈利能力,研究成果可为绿色甲醇产业提供一定的指导。

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子模块混合型MMC直流输电系统的优化设计及其直流故障穿越策略

马文忠, 王昊, 王玉生, 焦丽鑫, 金琼婷, 张景顺

2024, 45(9): 80-90. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0669

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短路故障是影响柔性直流输电系统安全运行的主要问题之一,针对直流侧双极短路故障,首先研究基于串联双电容子模块（SDSM）与半桥子模块（HBSM）的混合型模块化多电平换流器（MMC）结构,该结构与传统的半桥-全桥子模块混合MMC相比具有较低的成本和损耗,分析直流侧短路暂态运行下SDSM和HBSM的配置比例设计要求;其次考虑到SDSM无自主负电平输出能力,提出基于电流相位的故障穿越策略,采用分层控制的思想,构建相电流状态矩阵并结合其相位差,保障换流站在故障期间能降压运行,维持系统稳定工作;最后在Matlab/Simulink中仿真验证上述分析以及所提故障穿越策略的可行性。

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基于绿证-碳交易交互机制与合作博弈理论的IES系统低碳经济调度

徐睿婕, 任永峰, 祝荣, 贺彬, 方琛智, 潘禹

2024, 45(9): 91-100. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0677

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从发电端、固碳端与市场端三端共同发力的角度出发,提出一种基于合作博弈理论的综合能源系统（IES）绿证-碳交易交互模型。其中发电端通过综合能源系统集中调度的优势,实现碳捕集电厂主体与可再生能源发电主体的灵活互动;固碳端通过引入碳捕集设备与电转气设备,实现IES的低碳经济运行;市场端通过建立绿证-碳交易交互机制,提高IES的整体经济性的同时利用合作博弈理论,讨论合作成立条件,并基于Shapley值法对合作剩余进行合理分配。算例以内蒙古东部某综合能源系统为实例进行仿真分析,结果表明,所提方法可显著减少系统弃电量,发挥火电机组深度调峰作用,实现IES低碳经济运行,并为探究存量火电与可再生能源项目的合作可行性,探索燃煤电厂灵活性改造新途径提供了理论参考。

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构网型变流器的现状与发展趋势

刘旭, 张国驹, 裴玮, 朱恩泽, 张学, 赵军愉

2024, 45(9): 101-111. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0684

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随着新能源和电力电子的发展,新型电力系统呈现典型的“双高”特征,但同时也带来低惯性、弱稳定性等问题。构网型（GFM）控制技术可实现变流器自主地建立频率和控制电压,改善对外部电压源的依赖性,提高系统稳定性。对构网型变流器的现状与发展趋势进行综述。首先,对跟网型（GFL）控制技术与构网型控制技术进行对比分析,指出构网型控制技术是解决新型电力系统稳定性的有效途径;然后介绍现有的构网型控制技术,分析构网型控制技术在各领域的应用;最后指出构网型控制技术应用于变流器时所面临的挑战。

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一种低耦合电容的高压SiC MOSFET驱动隔离电源设计

黄樟坚, 汪涛, 李响, 张茂强, 骆仁松, 虞晓阳

2024, 45(9): 112-121. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0691

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高压SiC MOSFET更快的电压变化率dv/dt,导致其驱动遭受更严重的共模干扰,而现有高隔离电压驱动电源大多又存在耦合电容高、共模瞬态抗扰度（CMTI）能力弱、转换效率低等问题,因此该文设计一种兼具高隔离电压、高转换效率的低耦合电容驱动隔离电源。首先,基于有源钳位反激变换器,提出一种驱动隔离电源耦合电容等效简化解析模型,并通过仿真、实验验证解析模型可行性;其次,基于该模型分析耦合电容影响因素及其优化方法,为低耦合电容的驱动电源设计提供参考;最后,通过实验评估所提低耦合电容高压SiC MOSFET驱动隔离电源性能。结果表明,该文驱动隔离电源额定转换效率约80%,工频耐压高达18 kV,且耦合电容不足2 pF,CMTI能力强。

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考虑储能循环里程成本的风-火-储协调优化调度方法

杨修宇, 杨呈, 彭建, 缪刚, 袁少伟, 朱正印

2024, 45(9): 122-130. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0692

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结合储能寿命等效全循环模型,提出考虑储能循环里程成本的风-火-储协调优化调度方法。首先,结合全寿命等效全循环次数计算模型,进一步完善储能装置在不同充放电深度的循环里程中的寿命损耗评估模型;然后,在精准核算储能循环里程成本的基础上,构建考虑储能运行成本、火电机组运行成本、弃风损失等因素的风-火-储协调优化调度模型;最后,通过算例分析验证了所提出方法的正确性与有效性,并与传统的以度电成本结算储能运行成本的调度方法相比,有效避免低估低荷电状态下放电对储能寿命的影响,保障了储能使用寿命。

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基于需求响应的家庭负荷优化调度算法研究

张丽, 刘青雷, 艾恒涛, 张涛, 张宏伟

2024, 45(9): 131-139. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0705

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为提升电力需求侧负荷需求响应能力,降低家庭用户的用电成本和电网日负荷曲线峰谷差,提出一种基于改进多目标粒子群算法的家庭负荷优化调度策略。首先,分析家庭负荷的运行特性并对其分类建模,采用功率平衡和储能充放电功率为约束,建立以用电成本和负荷峰值平均功率比为目标的负荷优化调度模型;其次,以自适应惯性权重和均值欧氏距离等策略对多目标粒子群算法进行改进,并用改进算法对建立的模型进行优化求解;最后,用实际算例进行仿真,验证所提模型和算法的可行性与有效性,为用户参与需求响应提供了多种参考方案。

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新能源直流组网倍流整流器线性二次型最优控制增强抗扰特性研究

董帅, 刘黎, 段天元, 田艳军, 赵华伟, 李赢正

2024, 45(9): 140-149. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0728

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针对由可再生能源组成的直流电网电解氢系统,通过设计一种基于线性二次型最优控制（LQR）的全状态反馈控制方法,建立全状态误差量的小信号模型,利用系统状态误差量反馈的方法,在新能源并网带来的供电干扰和负荷波动下,改善DC-DC变流器的动态特性,提高电解设备的运行效率和槽内材料的寿命。结果证明,该方法可以显著地降低系统的电压、电流波动时间,且与常规的PI控制相比,对系统干扰的抑制效果更好。最后,对线性二次型最优控制所提出的理论与方法进行仿真验证,证明其正确性与适用性。

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计及多风电场相关特性的集中式储能电站容量优化配置方法

苏毅, 段偲默, 刘一亮, 刘爽, 袁博

2024, 45(9): 150-157. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0761

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为同一地区多个风电场集约化配置大规模储能电站可减小总储能规模从而降低成本,对此提出一种计及多风电场相关特性的集中式储能电站容量优化配置方法。首先计及多风电场实际和预测出力数据相关特性,建立联合分布藤Copula模型;其次利用降维场景生成方法生成海量多风电场联合出力场景,聚类选取典型场景;然后将典型场景序列导入储能系统约束模型,计及跟踪计划处理惩罚和波动越限惩罚,对储能电站容量进行优化配置;最后以华中某地相邻两风电场实测数据进行算例分析,实现多风电场的集中式储能定容。结果表明该方法在兼顾电网要求的同时,能优化储能电站总容量,提升多风电场和集中式储能电站的总体经济性。

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考虑风-光-储协同的电池储能系统综合评价体系和选型方案研究

范文轩, 袁至, 李骥

2024, 45(9): 158-169. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0770

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针对不同类型电池储能系统的选型规划和充放电功率分配难以协调其技术性、经济性和环境性的问题,提出一种考虑风-光-储协同的电池储能系统综合评价体系,进而对电池储能系统充放电策略进行优化并选型。首先,建立电池储能系统全寿命周期内的效益模型,采用模糊层次分析法对上述电池储能系统的效益模型进行分层分析,将其划分成不同的准则和指标,并计算出其相应的权值;其次,建立风-光-储协同下电池储能系统的充放电功率优化模型,并将上述权值与电池储能系统全寿命周期内的经济性、技术性和环境性相结合,确定目标函数;再次,提出一种灰狼优化算法和莱维飞行策略相结合的混合优化算法,对电池储能系统一天内每小时充放电功率的分配进行优化,并得出电池储能系统的荷电状态曲线;最后,基于新疆某地的气象和负荷数据分析对比5种电池储能系统经济性、环境性和技术性的各项指标,根据算例结果为电池储能系统的综合选型方案和充放电功率分配提出建议,并验证所建模型的可行性和求解算法的优越性。

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耦合光热储能的小麦秸秆超临界水气化制氢系统的热力学研究

薛强坤, 许宏鹏, 贾明, 孙煜皓, 吴少华

2024, 45(9): 170-178. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0778

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提出一种基于太阳能驱动的小麦秸秆超临界水气化系统模型,并结合熔融盐储能系统,有效克服了太阳能的间歇性问题,为生物质制氢的碳中和路径提供了新思路。热力学分析发现热解温度和能量输入是该系统制氢产率的主要影响因素,在较高热解温度（700 ℃）和低能量输入（215.14 kW）的条件下氢气产率达到最大;通过耦合熔融盐储能,该系统实现了全天不间断高效运行,其能量效率和?效率分别达到36.3%和36%以上。

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适用于中压柔直配电网的电容辅助型断路器

戴志辉, 刘珊珊, 李毅然

2024, 45(9): 179-187. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0792

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针对柔直配电网短路故障电流大且无电流自然过零点导致故障隔离困难的问题,提出一种基于电容辅助关断的混合式断路器。该断路器设置了两级限流结构,低阻限流模块用以故障初期快速限流、实现故障电流转移,高阻限流模块用以保证断路器的可靠关断,在保护启动过程及保护识别过程中均能起到限流作用。相比传统方法,电容辅助关断模块可以限制故障初期电流的发展,大大降低故障电流峰值与主断开关的关断电流,且其在正常工作时对主电路影响较小。最后,通过PSCAD/EMTDC建立六端直流配电网进行仿真分析,结果表明,所提断路器能够较大幅度限制故障电流,且同时满足经济性和实用性。

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考虑碳捕集和电转气的零碳园区综合能源系统经济调度

柳思贤, 丁坤, 董海鹰

2024, 45(9): 188-196. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0812

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针对园区综合能源系统的多能耦合和零碳运行问题,提出一种考虑碳捕集和电转气的零碳园区综合能源系统经济调度策略。首先,分析园区综合能源系统架构,建立考虑碳捕集和电转气的电、热、冷、气多能耦合的园区综合能源系统模型;其次,综合核算园区生态碳汇、能源生产碳源等,提出适用于园区综合能源系统的零碳指标,以系统经济效益最优为目标建立零碳园区综合能源系统经济调度模型;最后基于不考虑碳中和约束、考虑碳中和约束及考虑碳捕集和电转气联合运行的3种场景,结合分时电价并采用改进粒子群算法对经济调度模型进行求解。结果验证了所提模型和方法的有效性,考虑碳捕集和电转气联合运行的方式可提高清洁能源的消纳率、降低系统运行的成本,同时实现园区综合能源系统的碳中和。

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考虑建筑物热惯性的综合能源系统主从博弈协调优化策略

韩丽, 喻洪波, 王冲, 于晓娇, 王晓静

2024, 45(9): 197-209. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0817

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从用户角度出发,提出一种考虑建筑物热惯性的综合能源系统主从博弈协调优化策略。首先,建立热网特性模型和建筑物热惯性模型,并构建以微网运营商为领导者,用户为跟随者的主从博弈数学模型。在光伏出力大时,用户通过电制热设备将电能转化为热能,并利用建筑物热惯性将热能加以存储,无需将光伏余电尽数售给微网运营商,可增强用户权益,同时可有效避免大量光伏余电接入电网,进而缓和余电上网的压力。其次,考虑用户用能满意度及温度舒适度,建立微网运营商与用户的定价、定量模型,并证明Stackelberg博弈均衡解的存在性与唯一性。最后通过算例验证所提策略的有效性,极大地增强了用户权益,同时避免用户光伏余电大量接入电网。

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考虑风光融合的多稳态合成氨经济优化研究

苏文华, 文丽梅, 张晓梦, 王博, 陶鑫, 黄超

2024, 45(9): 210-218. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0828

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为研究多稳态合成氨工艺经济性,结合某地区特定风光资源条件和装置规模,对合成氨负荷动态调度生产过程进行模拟。当氢气不足时,为防止对合成氨生产造成影响,采用买电制氢的方式弥补对氢气的需求,并分析买电的限度对整个调度过程的影响。通过多稳态合成氨与稳态制氨的经济性对比分析发现前者经济性更高;与内蒙古某稳态制绿氨项目进行对比,发现该文对绿氨项目的优化是切实有效的。

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PV/T耦合中深层地源热泵供暖系统运行特性研究

李建伟, 鲍玲玲, 苗壮, 张永欢, 牛国庆, 刘伟

2024, 45(9): 219-227. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0844

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为解决中深层地源热泵系统（GSHP）地温衰减的问题,以邯郸市某民用节能建筑为研究对象,基于TRNSYS建立一种PV/T耦合中深层地源热泵系统（PV/T-GSHP）,并与GSHP系统对比,模拟分析运行20 a PV/T-GSHP系统运行特性。探究PV/T组件的相关参数对土壤平均温度的影响。最后,将PV/T-GSHP系统与其他系统进行能耗对比。研究结果表明：与GSHP系统相比,PV/T-GSHP系统机组COP从6.44提高到6.81,但由于增加了泵功,系统COP降到2.38,但考虑发电量,平均每年可获得10015.831元收益;相似结构建筑PV/T组件屋顶铺设占比越大,集热泵流量越小,土壤平均温升越快;不考虑发电量时,PV/T-GSHP系统比燃气锅炉系统能耗高8.46%,与燃煤锅炉和电锅炉系统相比,分别可节约11.04%和48.55%的能耗;综合发电量时,20 a实际获得的发电量收益折合成燃煤量为210.05 t。

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一种考虑光伏发电与峰谷电价的空气源热泵最优装机容量计算方法

张晓明, 张昊天, 王强, 马璎涵, 赵诗雨

2024, 45(9): 228-236. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0823

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针对目前光伏发电及峰谷电价的用电形式下,空气源热泵耦合电锅炉供热系统经济性装机容量选择困难的有关问题,提出一种综合考虑光伏发电与峰谷电价影响的设备装机容量计算方法,使用空气源热泵最优不保证天数（OGD）作为选型参考值,通过TRNSYS建立系统模型开发新模块使其具有自动寻优能力。在使用测试数据验证模型准确性后,基于该模型计算5座代表性城市OGD推荐值。结果表明：OGD值受建筑负荷大小与光伏装机容量双重影响。采用OGD均值作为推荐值时,单一建筑OGD与均值分别对应的费用年值最大误差为8.17%,可保证计算准确性;5类气候分区内各城市费用年值变化规律基本一致,OGD值随气候变暖各气候分区间平均下降46.83%;其中北京市最大OGD值仅为5,说明在寒冷B区城市此类系统添加光伏发电后,可不设置辅助热源。

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不同工况下双热源热泵供热性能研究及除霜实验

高昊天, 苑翔, 季轩昂

2024, 45(9): 237-242. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0735

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以空气、水为热源,实验研究双热源热泵水冷蒸发器不同水温、水量占比对系统制热性能的影响。通过温控器将水温分为20、30 ℃两档,通过阀门控制水冷蒸发器水量占比在0%、67%、100%三档,共设置4组不同工况对制热性能进行对比研究,分析不同工况下水冷蒸发器进出口温度、制热量变化,研究双热源热泵和单空气源热泵在除霜期的制热量变化规律。研究表明：水源的补热作用可提升系统制热性能,相较于单空气源系统,其他3种工况下双热源系统运行期间平均能效比分别为2.26、2.61、2.54,相较于单空气源系统提升31.4%、51.7%、47.7%,其中工况2、工况3的系统能效比最高值可达3.04、3.44。温度高、水量占比大的水冷蒸发器对系统的补热作用明显,相同水量下,水温高的系统能效比提升效果好。同时水源的补热作用可改善系统的结霜问题,单空气源系统相较于双热源系统除霜时间长、效果差,在强制除霜的作用下会消耗掉部分系统制热量,导致其能效比低于双热源系统。

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关中山地民居夏季热环境分析及被动式优化策略研究

张磊, 田孟雨, 桑国臣, 崔晓玲, 朱轶韵, 韩玮霄

2024, 45(9): 243-250. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0727

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对关中山地典型民居开展夏季热环境测试,探究传统民居对山地气候的适应性原理;采用数值模拟的方法,分析热工设计参数对室内热环境的影响规律,获得关中山地民居的优化设计参数。结果表明,传统民居的生土墙具有良好的热惰性,能够抵御室外温度波动;阁楼开敞的格栅窗能够在夜间时段引入室外低温空气,起到隔热降温效果。此外,提高墙体热惰性、采用通风屋面、南向外窗设置遮阳构件、采用夜间通风技术对夏季室内热环境提升显著,当外墙热惰性指标为27.18、南向外窗遮阳投影系数为0.5、夜间通风时段为18:00—次日09:00并采用通风屋面时,关中山地民居室内空气温度平均值和最高值分别降低2.9 ℃和3.4 ℃。

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光伏-绿化复合屋面的研究现状与展望

何旸, 于航, 陈雨露, 孟二林

2024, 45(9): 251-258. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0837

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从屋面热湿环境和植被状态、光伏发电效率、水分平衡、能量平衡与热过程模型4个方面对光伏-绿化复合屋面的研究现状进行阐述。结果表明不同气候和空间配置条件下,光伏组件与植被间的相互作用存在动态变化,导致屋面综合性能存在一定的不确定性。最后对光伏-绿化复合屋面工程应用中面临的挑战以及未来的研究方向进行分析和展望,并指出掌握光伏组件与植被之间的相互作用机理是准确预测与优化光伏-绿化复合屋面综合性能的关键。

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基于风洞试验与规范规定值的光伏支架风荷载取值研究

陈权, 牛华伟, 李红星, 姜东

2024, 45(9): 259-267. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0664

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为完善光伏支架风荷载研究,首先对比分析不同规范光伏支架风荷载计算原则及相关参数取值特点;其次对某固定可调式光伏支架进行刚性模型测压风洞试验,得到典型倾角与风向角组合工况下光伏结构体型系数,并利用风洞试验结果进行瞬态分析得到典型工况下光伏支架风振系数;最后将试验得到的风荷载取值和相关参数与参考的各规范取值进行对比。结果表明：各规范及风洞试验风压系数、阵风影响评价系数和风荷载均存在明显差异;风洞试验风压系数明显低于各规范规定值,风振系数结果远大于国内规范值1.0,超过其1.64~2.05倍,与国外规范也存在很大差距。总的来说,结构迎风时风荷载与风压系数小于结构背风时按照中国规范进行光伏支架抗风设计结果偏激进,按照国外规范则结果偏保守;常用规范中光伏支架风荷载规定并不合理,为安全合理地指导光伏结构抗风设计,还需进行更多抗风研究。

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42对棒环形布棒还原炉能量耗散研究

徐倩, 彭中, 李寿琴, 谢刚, 侯彦青, 马文会

2024, 45(9): 268-275. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0672

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由于无法对大型还原炉环状硅棒排布方式对能耗的影响做出准确判断,对42对棒西门子多晶硅还原炉进行仿真模拟计算,建立两种环状硅棒布棒方式（三环排布、四环排布）的还原炉模型。通过对还原炉的炉行为及棒行为分析发现,硅棒直径加大能耗也会相应加大,且这种变化受炉内流场和温度场共同影响;同时,还原炉内内环硅棒辐射能耗随硅棒直径的增大呈先增大后减小的变化趋势,而排列在外环的硅棒辐射损耗则随硅棒直径的增大而不断增大。针对42对棒西门子还原炉内硅棒的排布方法,提出选用硅棒三环排布的方式可达到降低该还原炉总能耗的目的。

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基于改进YOLOX-s算法的航天太阳电池缺陷检测

李振伟, 张仕海, 屈重年, 汝承印, 陈康静

2024, 45(9): 276-284. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0673

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针对航天太阳电池表面缺陷检测问题,提出基于机器视觉与深度学习的缺陷检测方法。通过航天太阳电池缺陷检测系统获取图像,并依据企业电池片缺陷的分类标准构建航天太阳电池缺陷数据集。采用切片技术获取包含缺陷目标的子图像数据集,解决卷积和下采样操作信息丢失而导致召回率低的问题。针对不同缺陷采取适当的图像增强方式进行扩充数据集,以避免训练过程中因数据集不足导致的过拟合问题。采用深度可分离卷积、优化损失函数、双线性插值上采样及引入注意力机制等方法对YOLOX-s算法进行改进,以获得综合效果最佳的航天太阳电池缺陷检测模型。通过不同数据集训练及检测精度指标对比,以及消融实验验证改进模型的有效性。通过改进模型与同类主流模型对比实验,验证改进模型在航天太阳电池缺陷检测方面的优越性。

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光伏组件布置方式对光伏温室温光环境的影响研究

李安喆, 侯宏娟, 王锡, 张辉, 庞建伟

2024, 45(9): 285-294. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0703

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在温室结构中引入光伏组件会对温室内部的光、热环境产生积极影响,为探究各季节屋顶光伏对温室内部环境的影响,获得最佳覆盖率,进而在改善光伏温室内光热环境的同时提高光伏发电量,建立温室内辐射得热模型并通过实验验证模型的准确性。结合所提出的光伏温室系统,对典型日下对某顶部面积为420 m²的光伏温室在不同光伏组件覆盖率下的室内辐照量、室内气温及光伏发电量进行模拟分析。结果表明,与不铺设光伏组件相比,光伏组件的覆盖率每增加12.5%,春分日、夏至日、秋分日、冬至日的室内辐照量分别降低2.79%、5.8%、2.90%、0.70%,白天室内气温分别降低1.19%、0.54%、0.49%、1.12%。通过对植物生长所需的光、温条件进行分析,得出各典型日的最佳光伏组件覆盖率分别为62.5%、50%、62.5%、25%。

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复杂背景下的多晶硅太阳电池缺陷检测

廖力达, 罗晓, 黄斌, 刘亮, 冯飞, 陈为强

2024, 45(9): 295-303. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0734

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提出并设计名为OD-YOLO缺陷检测模型来改善多晶硅太阳电池电致发光成像中复杂背景干扰缺陷检测效果的问题。使用二次卷积模块（TwiceConv-OD）过滤掉复杂晶粒背景干扰,增强模型对缺陷本身的关注力;提出anchor-plus1分配策略来增加模型在面对复杂背景时获取更多的缺陷正样本数量,提升模型的准确率与召回率,减少漏检误检;使用K-means++算法初始化锚框尺寸,聚类后的锚框更能代表检测样本中所有缺陷的几何形貌,能更好适应多晶硅太阳电池的缺陷尺度差异。经公开缺陷检测数据集PVEL-AD-2021的实验验证：OD-YOLO模型的均值平均精度（mAP）达到89.4%,相比YOLOV5s缺陷检测模型提升3%,准确率提升4.8%,召回率提升1.9%,参数减少4.5%,检测速度为104帧/s。

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基于TCN-BiLSTM-Attention-ESN的光伏功率预测

时培明, 郭轩宇, 杜清灿, 许学方, 贺长波, 李瑞雄

2024, 45(9): 304-316. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0737

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针对光伏发电功率随机性强、难以准确预测的问题,提出一种基于时间卷积网络（TCN）、双向长短期记忆网络（BiLSTM）和回声状态网络（ESN）的组合预测方法。首先,使用自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）将功率数据分解为一系列相对平稳、不同波动模式的子功率序列;再将分解重构后的功率序列和其他特征序列输入到TCN-BiLSTM-Attention-ESN组合模型中,其中TCN-BiLSTM-Attention用于提取光伏序列波动特征并构建时空特征向量;最后,将所提取的时空特征向量输入ESN获得预测结果。采用新疆某光伏电站的光伏功率数据进行验证,结果表明与时下先进的预测方法相比,所提方法具有更高的预测精度,有助于提升光伏发电占比,保障电力系统平衡和运行安全。

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随机波浪作用下漂浮式光伏阵列发电性能仿真分析

陈魁啸, 赵树杰, 张鹏, 傅强, 曾诚玉, 孟珣

2024, 45(9): 317-325. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0747

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该文选用石岛海域环境及光资源条件,综合考虑波浪作用下光伏组件倾角和方位角改变对太阳辐射量接收的影响,以及阵列中各模块辐射量差异所导致额外的失配损失,提出一种考虑波浪荷载的漂浮式多体光伏阵列系统电能输出仿真模型,比较固定式与漂浮式光伏系统的月度发电量并通过优化的变异系数评价漂浮式光伏阵列输出功率的波动性。该仿真方法可提高海上漂浮式光伏发电功率预测精度,进而提升光伏发电适应电力系统扰动能力。研究结果从电能输出及功率波动的角度验证了海上漂浮式光伏发电场的可行性。

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电网不对称故障下光伏并网逆变器的无功支撑控制策略

廖一丁, 夏向阳, 刘俊翔, 蒋戴宇, 王灿, 王雷

2024, 45(9): 326-333. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0754

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针对电网不对称故障下光伏系统存在的输出电流峰值越限、交流侧功率波动、直流侧电压不稳定等问题,该文提出一种电网不对称故障下光伏并网逆变器无功支撑控制策略。以无功支撑要求为目标,以有功功率波动幅值和输出电流峰值为约束条件确定逆变器的有功功率安全运行区域,提供足够无功支撑并扩展有功功率输出能力,或在约束条件内根据无功电流权重提供部分无功支撑,保证光伏系统在发生电网不对称故障时安全运行,最后仿真验证了控制策略的有效性。

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基于强化学习知识获取共享算法的太阳电池模型参数辨识

熊国江, 辜再宇

2024, 45(9): 334-344. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0758

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为准确辨识太阳电池模型参数,提出一种基于强化学习的知识获取共享算法（RLGSK）。针对知识获取共享算法（GSK）初级阶段和高级阶段的选择机制过于死板,处理太阳电池模型参数辨识问题时难以充分平衡全局与局部搜索,存在收敛慢、精度低等问题,一方面,通过强化学习调整迭代时初级和高级阶段的个体比例,实现不同情景下知识获取与共享的灵活调整;另一方面,依靠性能导向的种群规模缩减实现计算资源的高效利用,提高算法性能。将RLGSK应用于5种案例,并与其他算法进行比较。结果表明,与GSK相比,RLGSK的搜索精度、稳定度和收敛速度提升极大,与其他算法相比也有很强的竞争力。

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基于一致性算法光伏逆变器和储能分组协调电压控制策略

李圣清, 刘博文, 李焕平, 李欣

2024, 45(9): 345-352. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0760

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针对低压配电网中光伏逆变器（PV）无功控制和储能（ESS）有功控制未充分协调的现状,提出基于一致性算法的光伏逆变器和储能分组协调电压控制策略。首先,根据不同调压设备的电压-成本灵敏度F^U-F,提出先利用光伏逆变器无功调压再利用储能有功调压,再根据不同节点调压设备的F^U-F对调压设备进行分组,提出优先利用F^U-F数值较大的分组参与调压;然后,在光伏逆变器无功调压阶段,组内以无功利用率为一致性变量,在储能有功控制阶段,组内以荷电状态（SOC）变化量为一致性变量,组间通过协调控制共同实现关键节点电压收敛至设定值;最后,利用含分布式光伏和储能的IEEE 14节点低压配电网进行算例仿真,验证所提分组协调控制策略的有效性和正确性。

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一种基于航拍红外图像的光伏热斑故障分类检测方法

张妍, 裴兴豪, 李冰, 张雄

2024, 45(9): 353-359. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0762

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针对航拍光伏红外图像热斑检测方法中小目标特征易丢失问题,提出一种光伏热斑故障分类检测方法。首先将多头自注意力机制结合CSPNet结构进行改进,提出CSPMAT网络,再将其引入New CSP-Darknet网络,构建CSPMAT-Darknet模型,实现了光伏组件热斑定位及分类。实验结果表明：该模型在小目标检测任务中的性能显著提升,且在目标尺寸差异较大的故障分类检测任务中,均值平均精度达到82.92%,提高了13.97个百分点,具有良好的检测精度和泛化能力。

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基于二次分解的不同太阳辐射下光伏功率预测

王德文, 焦天媛

2024, 45(9): 360-368. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0772

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考虑不同太阳辐射对光伏功率的影响,提出一种基于二次分解和改进粒子群算法的光伏功率预测模型。通过Spearman和Kendall对影响光伏功率的各气象因素进行相关性分析,发现总倾斜辐射、总水平辐射、漫射倾斜辐射、漫射水平辐射与光伏功率的相关系数较大。然后利用CLARANS将样本数据按太阳辐射强度分为强辐射、中辐射和弱辐射,针对3类数据采用自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）对关键气象因素和功率进行二次分解,充分挖掘时序信息并降低数据的不稳定性。提出一种改进粒子群算法（GWCPSO）用于优化卷积神经网络和双向长短期记忆网络的超参数,提高调参效率,最后构建预测模型进行光伏功率预测。分析3种太阳辐射类型下不同分解方法与网络模型的预测误差,结果表明,所的预测模型可有效提高不同太阳辐射下光伏功率的预测精度。

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基于三绕组耦合电感的准Z源高增益DC-DC变换器

林佳奇, 李海滨, 翁雨森, 颜胥, 金涛

2024, 45(9): 369-377. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0800

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针对清洁能源并网发电系统中直流升压变换器的现有技术缺陷,提出一种新型的准Z源高升压DC-DC变换器。该变换器通过将准Z源网络与独特的耦合电感集成结构结合,能在较低的占空比和匝比下实现高电压增益。拓扑中的钳位回路回收了储存在耦合电感漏感中的能量,能有效缓解耦合电感漏感引起的尖峰电压。此外,变换器功率器件电压应力水平较低,便于使用低耐压器件来提高转换效率。输入电流连续以及输入输出共地的特点使得该变换器适合应用于可再生能源场景。详细介绍了所提变换器的工作原理,给出了关键性的公式推导和设计依据,并进行性能比较。最后,设计并搭建一台200 W额定功率的样机进行实验验证,实验结果与理论分析相吻合。

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基于D-分割法的直流变换器遗传自抗扰控制器设计

周雪松, 王鑫, 马幼捷, 王博, 赵明, 问虎龙

2024, 45(9): 378-385. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0802

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针对光伏发电系统中DC-DC变换器由于负载和工作环境条件变化等扰动引起的输出波动问题,提出一种基于D-分割法的直流变换器遗传自抗扰控制器（ADRC）设计方法。该方法适用于设计光伏发电领域中的双向DC-DC变换器,采用D-分割法获得满足闭环系统鲁棒稳定的ADRC控制器参数范围;利用具有全局寻优能力的遗传算法,按综合性能指标在该范围内进行参数寻优。实验结果表明,所提基于D-分割法的直流变换器遗传自抗扰控制器设计方法能有效抑制微网母线侧的电压波动和负载突变,提高控制器的鲁棒性,增强光伏发电系统的动态响应性能和抗干扰能力。

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基于多模式增量更新的短期光伏功率预测方法

孙玉玺, 刘寅韬, 耿光超, 江全元

2024, 45(9): 386-393. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0807

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针对传统短期预测模型在特殊天气下准确率低以及未考虑光伏运行环境后续变化的问题,提出一种基于多模式增量更新的短期光伏功率预测方法。在分析气象特征的基础上,根据历史情况预测广义天气类型,在日前根据预测天气类型制定相应的训练函数与数据增强方法,最后基于参数冻结技术对模型进行增量更新,提升了模型对特殊天气的刻画能力以及对后续环境的适应能力。在真实的光伏数据集上进行实验,结果证明该更新方法能有效提高预测准确性。

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基于参数优化多核支持向量机的光伏功率预测算法

贺亦琛, 师长立, 郭小强, 贺伟, 韩涛

2024, 45(9): 394-404. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0826

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准确的光伏功率预测对电力系统的稳定运行具有重大意义。针对现有预测算法在处理多维输入天气变量时存在的运算时间过长和特征提取能力较差的问题,提出一种基于参数优化的多核函数支持向量机的预测算法。首先,该新型算法对数据进行预处理,灰色关联度提取与预测日相似度高的历史日以提升预测精度,主成分分析（PCA）对输入数据进行降维,从而提高光伏功率预测的速度。其次,针对单核支持向量机对多维数据特征提取能力相对较差的问题,基于线性核函数和径向基核函数建立多核支持向量机预测模型,根据每个核函数支持向量机的预测误差计算不同的权重,从而增强对输入数据特征提取能力并提高预测精度。采用灰狼优化（GWO）算法确定不同核函数支持向量机的参数以提高预测精度。最后,通过北京某光伏电站的历史数据集验证了该算法的预测效果。实例分析表明,与传统预测算法相比,预测精度和速度都有显著提高。

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基于MPPT光伏系统SIC-FT控制算法的研究

秦世清, 何映谊, 曹通, 陈飞宇, 席曦, 杨国锋

2024, 45(9): 405-413. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0849

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由于太阳电池输出特性具有非线性特征,最大功率点追踪（MPPT）算法已应用于各大型或小微型光伏发电系统中。以MPPT算法中的传统定步长扰动观察法（P&O）为研究基础,针对该算法的追踪速度与稳态抑制难以平衡的问题,提出一种基于P&O的稳态识别控制与快速追踪相结合的MPPT算法（SIC-FT算法）,同时提出一种评价MPPT算法性能的评价体系。通过在Matlab2022a/Simulink平台上搭建模型,对提出的算法以及其他基于P&O改进的算法,应用该文提出的评价体系进行仿真对比。结果显示,所提算法整体上优于仿真的其他同类算法。

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盐梯度太阳池热性能数值模拟及其供热应用研究

郭永庆, 杨艳, 司杨, 陈晓弢, 麻林瑞

2024, 45(9): 414-420. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0666

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首先,在构建太阳池一维瞬态模型的基础上,利用有限差分法对太阳池在不同结构尺寸和提热速率下的热性能进行数值仿真分析;进一步,结合数值仿真结果设计太阳池集成供热系统,探讨其在普通居民建筑供热方面的供热性能。结果表明,太阳池内温度将会因其结构尺寸的不同而产生差异,且当采用最佳结构尺寸时,系统将获得最高温度和能源效率。同时,为实现太阳池存储热量的有效利用,系统提热量应低于其最大提热速率。对于深度为1.5 m的小型太阳池,其下对流层全年温度在66.68~106.77 ℃间变化,年均能效为2.52%。同时,当以此小型太阳池为建筑面积200 m²的普通住户供应日常生活所需热能时,应配套太阳池面积至少为250 m²。

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叠合式有机朗肯循环的热力学分析

李新国, 徐期峰, 苗小旦

2024, 45(9): 421-427. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0701

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针对有机朗肯循环（ORC）中传热过程对循环性能的影响,该文提出一种既相似但又区别于混合工质,各工质独立运行的叠合式有机朗肯循环（AORC）。AORC中,各工质进行串/并联的叠合换热,可形成类似于非共沸混合工质的温度滑移。由于各工质独立运行,使得叠合工质的温度滑移量可进行调节,以减小与外界热/冷源的传热温差,提高传热匹配性以及循环性能。以两种工质叠合的AORC为例进行循环性能分析,并与常规ORC进行对比。结果表明,AORC并不是各工质基本ORC的简单线性叠加,而是一种优化叠加。相比常规ORC,AORC的净输出功率最大可提升34.48%。但当热源温度高于高温工质的热源转折温度时,AORC趋近于高温工质的基本ORC。

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基于分光谱利用的新型塔式热-光伏复合发电系统的发电量预测

仇中柱, 倪行睿, 朱群志, 叶勇健, 张涛, 蔡靖雍

2024, 45(9): 428-434. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0748

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提出一种利用分光谱技术的塔式热-光伏复合发电系统,介绍系统的组成和结构。采用MUUEN算法设计镜场排列,在AM1.5D太阳光谱作为入射光时对提出的系统进行光学和热力学分析。采用拉萨典型气象年的太阳辐射数据,预测常规光伏发电、常规光热发电和本系统的全年发电量并进行对比。结果表明,在选定的气候条件下塔式分光谱热-光伏复合系统的综合发电量高于其他两种系统。

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基于变论域模糊控制的复合供暖系统温度控制研究

孙国鑫, 余永恒, 吴林锋, 谭心, 虞启辉

2024, 45(9): 435-441. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0750

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针对太阳能-空气源热泵复合供暖系统运行环境复杂多变,模糊控制论域无法实时调整这一问题,提出一种变论域模糊控制方法,用于复合供暖系统的温度控制。以实际温度与目标温度的差值为输入变量,以变频水泵频率为输出变量,引入伸缩因子来改变论域,并以粒子群优化算法对伸缩因子的参数进行取优。Matlab/Simulink仿真对比试验表明,与传统的模糊控制相比,该方法的控制精度提高18.39%,系统能耗减少9.22%。

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拉萨地区平板太阳能集热系统变流量运行策略及效益分析

陈耀文, 庄照犇, 赵一婷, 王登甲, 刘艳峰

2024, 45(9): 442-450. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0773

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针对室外环境参数波动变化以及蓄热系统温度波动特性,提出一种太阳能集热系统变流量运行调控策略,建立最优流量优化模型,回归得到不同工况下最优流量值多项式函数,并与定流量运行策略下的系统运行性能进行对比分析。结果表明：与定流量运行方式相比,采用变流量调控策略时,集热系统净收益显著提升。对于拉萨地区100 m²串并联形式平板太阳能集热系统,采用变流量运行策略时,虽然运行泵耗增加,但集热量增益更大,相比单位集热面积流量为0.02 m³/（h·m²）时,集热系统净收益增加了468.7 MJ,提高了6.75%。

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U型管式相变蓄热真空太阳集热管结构优化与性能分析

刘仙萍, 王晔, 雷豫豪, 阎达仁, 韩巧云

2024, 45(9): 451-457. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1647

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为提高相变蓄热真空太阳能集热器的热性能,针对相变填充材料固态时传热性能低、集热管释热效率低等问题,提出一种新型的带有一体化轴向双翼翅片结构的U型管式相变蓄热真空太阳集热管结构,分析在不同质量流量运行工况下翅片主要结构参数对集热管释热和蓄热性能的影响,得出最佳的翅片结构参数,并与两种传统结构的集热管性能进行对比分析。结果表明：对于外径为58 mm的玻璃真空太阳集热管,采用复合相变填充材料Na₂SO₄·10H₂O+石墨（质量比92%∶8%）时,释热和蓄热性能最佳的翅片结构参数是翅片长度/翅片夹角为17 mm/60°;该最佳翅片结构能显著强化集热管内的传热性能,使集热管内相变填充材料的温度均匀性更好,使新型U型管式相变蓄热真空太阳集热管相较于圆翅片、无翅片结构形式的集热管,释热量最高可分别提高6.4%和112.6%,释热效率最高可分别提高6.4%和117.4%。

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粉质黏土中缩径单桩静压沉桩阻力数值模拟研究

赵昊, 邱旭, 李会, 马文冠, 闫姝

2024, 45(9): 458-464. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0590

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室内缩尺试验较难真实还原其沉桩特性,原型试验又较为耗时,基于耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）数值分析方法可实现原比尺模型静压沉放过程模拟,且可直观获得桩-土相互作用过程。通过室内试验进行沉桩阻力的有限元方法验证,并将有限元法用于工程体型沉桩过程模拟与阻力计算;数值模拟结果表明,缩径段的体型设计使沉桩阻力增加,EVF云图可看出进入桩内土体的体积减少,使桩内出现泥面降低的情况;最后,研究不同缩径段尺寸对于沉桩阻力的影响。

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台风风速下风力机风轮流固耦合动力响应特性研究

张锐星, 安利强, 何仑, 张颖

2024, 45(9): 465-474. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0694

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将改进的流固耦合方法用于不同风速下风力机的载荷和响应特性研究,其准确性得到NREL数据和风力机叶片模态振动实验的验证。与传统的流固耦合方法相比,该方法减少了动网格使用数量、避免负体积网格,提高了计算稳定性,将计算时间缩短约50%。仿真结果表明,将风速由25 m/s提升至35 m/s,叶片的推力和扭矩载荷的波动振幅分别增加了6.8倍和9.8倍。同时,在叶片吸力面发现存在结构屈曲,这与台风现场叶片断裂位置接近,可能是风力机叶片结构在台风环境下的强度薄弱点,同时,在叶片吸力面发现存在结构屈曲,这与台风现场叶片断裂位置接近,是可能的风力机叶片结构在台风环境下的强度薄弱点。

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多腐蚀期龄浮式风电机组动态响应分析

李继旭, 孙传宗, 田浩男, 丛鑫, 闫明

2024, 45(9): 475-482. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0718

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腐蚀影响海上风电机组动态响应特性,为评估和预测多腐蚀期龄海上风电机组动态力学行为及疲劳寿命,基于Lagrange方程以及均匀腐蚀模型,建立腐蚀-浮式风电机组参数模型,采用数值分析方法分析多腐蚀期龄海上风电机组动态响应特征。结果表明,随着腐蚀期龄的逐渐累积,塔筒弯曲频率响应幅值成为影响塔顶位移运动的主要因素,塔基弯曲应力呈指数型增长,塔筒疲劳寿命将急剧降低。

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一次风力发电机组雷击致灾过程分析

冯旭宇, 刘晓东, 石茹琳

2024, 45(9): 483-492. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0721

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以一次风力发电机组雷击致灾过程为研究对象,通过对该事故雷暴天气的大气环流形势和大气能量、环境温湿度、热力和动力稳定度,以及雷暴云组合反射率、云顶温度、相态微物理条件和闪电电流强度、剩磁场强度等电过程分析提炼了其致灾过程指标。结果表明,本次雷电灾害等级为重大雷电灾害事故,此次致灾雷暴过程雷达回波组合反射率、云顶温度和相态及雷电流幅值的平均强度属于中等强度,而K指数、500和850 hPa的温度差和假相当位温、总指数TT以及中层垂直风切变对此次致灾过程的指示性较好,从剩磁测试、雷电熔痕现场取证可确定其机舱罩起火原因,因此加强风电场雷电监测预警、风险评估等非工程性防雷措施具有重要意义。

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跟构网换流器并联的海上DRU低频交流送出方案

程志江, 姜明皓, 杨天翔, 杨志千, 艾斯卡尔, 郭锐

2024, 45(9): 493-500. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0725

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基于不可控整流单元（DRU）的风电低频交流送出系统不具备功率返送的能力,需采用构网型换流器实现海上风电场的自组网。同时考虑传统跟网型换流器所具备的快速功率响应能力对海上风力发电带来的正面影响,以六相永磁同步电机构成的风电机组作为研究对象,阐明在风电机组内,采用两种控制策略的换流器并联经DRU低频交流送出系统的拓扑结构和运行特性。分别设计风电机组网侧换流器的构网型控制策略与跟网型控制策略,并在此基础上探讨两组网侧换流器之间的功率不平衡问题,进一步设计环流抑制策略,实现风电功率经DRU送出。通过搭建Simulink仿真模型和RT-LAB半实物仿真系统验证方案的可行性。

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带局部运动表面叶片的H型垂直轴风力机非定常流场的DMD模态分析

孔震雨, 张馨艺, 孙晓晶

2024, 45(9): 501-510. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0726

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该文对采用局部运动表面的方法在小尖速比下改善风力机获能效率的效果进行三维数值模拟计算。结果表明,在低叶尖速比下,风力机叶片表面采用局部运动表面流动控制后能够有效抑制叶片表面的流动分离,显著提升风力机的获能效率。通过动力学模态分解（DMD）方法分别对原始风力机和叶片表面施加局部运动表面控制的风力机周围流场的速度场进行模态分解,通过分析对比各模态的流场特征,发现叶片施加主动控制后的风力机尾流中脉动场的能量有明显变化：与风力机主频相近的模态能量得到显著降低,单倍主频和双倍主频的模态能量均有所降低且下降幅度达到60%,脉动流场的高能结构得到有效抑制,从而有助于提高风力机气动性能的同时加快其后部尾迹的恢复。

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基于主动变桨的风电场协同控制

张子良, 郭乃志, 易侃, 文仁强, 石可重

2024, 45(9): 511-516. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0753

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为提升风电场整体功率同时又不额外增加机组载荷,提出一种新型的风电场协同控制方法。在该方法中,控制变量被设置为叶片桨距角,桨距角动作带来的流场变化通过解析式尾流模型来实时模拟,各机组的最佳变桨角度则采用差分进化算法迭代优化得到。在平均风速8 m/s、湍流强度8%的动态模拟结果表明,相较于传统的单机最优控制策略,基于主动变桨的协同控制方法能将3台机组串列排布的风电场整体发电量提升10%以上,同时显著降低叶片载荷。研究结果充分说明该文提出的基于主动变桨的风电场协同控制方法具有一定的实际应用价值。

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垂直错列布局风力机群尾流特征研究

张立栋, 冯正聪, 田文鑫, 万嘉伟, 赵秀勇, 李钦伟

2024, 45(9): 517-524. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0771

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风力机尾流对风电场的输出功率有着重要影响,为深入研究增设小风力机对风电场整体出力的影响,采用OpenFOAM模拟2个大风力机和2个大风力机之间横向布置的3个小风力机的组合,并以小风力机与下游大风力机之间距离不同的4种工况和其中1种工况下小风力机高度不同为研究对象。该布局在2个大风力机之间增加3个小风力机,每排小风力机与下游大风力机的距离不同。结果表明：经距离不同和高度不同的计算对比,当小风力机高度设置为37 m时,随着与上游大风力机距离的增大,下游大风力机功率逐渐增加;当小风力机距离下游大风力机位置固定,增加小风力机轮毂高度则使得下游大风力机功率降低。

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基于ViT和LSTM的风速多步预测

向玲, 陈锦鹏, 付晓孟婷, 姚青陶

2024, 45(9): 525-533. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0797

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精确的风速预测对风力发电具有指导作用,据此提出一种多维时间序列下Vision Transformer（ViT）和长短时记忆网络（LSTM）的风速预测方法,实现对风速的超前一步和超前多步预测。结合斯皮尔曼系数（Spearman）和变分模态分解将风速分解为多维时间序列,多维时间序列能更好地表征原始风速的周期性和波动性;采用ViT提取多维时间序列中的特征以及隐藏信息,在保持ViT模型自注意力机制优势的同时,用LSTM进一步建立所提取特征和风速之间的关系,从而提高ViT-LSTM模型的泛化性和预测准确性。使用内蒙古某风场记录的数据进行试验分析,在超前1步、超前6步、超前12步和超前24步预测时,该方法的平均绝对误差分别比LSTM模型减少了15.15%、34.41%、68.32%和81.71%,结果表明该模型在超前多步风速预测方面具有较好的效果。

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15 MW半潜式风力机结构响应极值预报研究

曹林阳, 何林, 柴威, 施伟, 张礼贤, 曲晓奇

2024, 45(9): 534-542. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0816

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为保证大型浮式风力机在极端工况下的正常运行与结构安全,有必要开展极端工况下大型浮式风力机结构响应的极值预报以及结构安全性评估。该文采用OpenFast软件对中国南海50 a一遇的工况下15 MW半潜式风力机进行结构响应数值模拟,利用平均穿越率法并结合泊松近似假设,对大型浮式风力机塔基剪力和弯矩的极值分布进行预报。结果显示,极端工况下,浮式风力机在纵摇固有频率附近,由于纵摇运动引起气动载荷变化,导致塔底弯矩和剪力显著增加。同时,平均穿越率法能有效预报15 MW浮式风力机的塔基结构响应极值分布,在超越概率为0.01的情况下,基于1 h数值模拟响应样本预报的塔基剪力和弯矩极值能满足结构强度要求。

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短时强降雨天气风电场发电功率预测模型设计

胡甲秋, 唐健, 卓毅鑫, 黄馗, 李润, 高雪飞

2024, 45(9): 543-548. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0829

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为确保发电场正常供应电力,设计短时强降雨天气风电场发电功率预测模型,提升发电功率预测效果。通过欧式距离与角度原则扩充短时强降雨天气小样本;利用改进深度可分离卷积算法,在正常天气样本内,提取气象-功率时空特征,并输入长短期记忆网络内,建立正常天气风电场发电功率基准值预测模型,得到发电功率基准值;在Transformer算法内,输入扩充样本,建立短时强降雨天气下发电功率损失值预测模型;利用基于注意力机制的Sequence to Sequence网络,结合扩样本,构造发电功率损失时间点预判模型,结合损失值预测模型,得到最终发电功率损失值;利用基准值减去损失值,得到短时强降雨天气下风电场发电功率预测结果。实验证明：该模型可有效扩充短时强降雨天气小样本;该方法可精准预判发电功率损失时间点,得到发电功率损失值,完成发电功率预测;不同风速下,该模型发电功率预测的关键失误指数与偏移程度均较低,即发电功率预测精度较高。

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基于WOA-VMD-SSA-LSTM的中长期风电预测

胡锐, 乔加飞, 李永华, 孙亚萍, 王兵兵

2024, 45(9): 549-556. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0830

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针对风速预测中由于随机性和波动性使得风速预测精度不高和模型泛化性不佳的问题,提出一种基于变分模态分解（VMD）、鲸鱼优化算法（WOA）、长短期记忆神经网络（LSTM）和麻雀优化算法（SSA）的组合预测模型。首先利用WOA对VMD的核心参数（K值和惩罚系数α）进行自动寻优。经对风速时间序列进行分解之后,引入SSA优化LSTM的核心学习参数,最后整合各子分量的预测风速数据得到最终风速预测值,经过多项模型评价指标的验证,模型的RMSE、MAE、MAPE、R²分别为0.0758 m/s、0.0578 m/s、1.492%和0.979,与其他单一优化预测模型WOA-VMD-LSTM和VMD-SSA-LSTM相比较,相关模型评价指标均有较显著的改观。

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基于动态邻域指标重构的风电机组故障检测方法

钱小毅, 孙天贺, 姜兴宇, 王宝石

2024, 45(9): 557-563. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0855

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复杂多变的运行工况是造成风电机组故障检测中误报和漏报现象的主要原因之一,为此,提出一种邻域规模与阈值动态协同的风电机组故障检测方法。定义阶梯近邻和状态分离度两种重构指标,以评估模型的故障分离能力,据此构建邻域规模的迭代修正策略。提出阈值静态分量与动态分量的融合方法,通过动态邻域规模和动态阈值减少由状态突变引起的误报和漏报。利用兆瓦级风电机组常见的10种故障进行仿真实验,验证所提方法可更有效分离正常状态与异常状态,进而降低误报率和漏报率。

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海上风电五连筒导管架基础及筒顶节点受力分析

练继建, 许淑云, 王海军, 郭耀华, 黎慧珊

2024, 45(9): 564-573. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0856

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以广东某深远海域大容量风电机组五连筒导管架基础为研究对象,采用有限元软件对五连筒基础在倾斜率、极限承载力和屈曲特性等方面开展深入研究,并对筒顶处导管架与基础连接节点进行多参数敏感性分析,从而得到受力及承载最优的结构体型。研究结果表明：满足相同容量机组荷载运行要求的前提下,五连筒基础与单筒基础结构相比,前者在倾斜率、承载力及抗屈曲特性上优势明显;随着筒顶节点的外移,筒型基础边筒竖向变形逐渐增大,中筒则相反;当筒顶节点靠近中筒时,主要由中筒受力,应力最大部位主要集中在边筒和中筒筒裙底部连接处;当筒顶节点向外偏移时,受力部位由中筒转移到边筒,且应力最大部位转移到沿加载方向的边筒筒裙顶部;基础的极限承载力均随导管架根部开度增加呈线性趋势增长,在水平及弯矩荷载分别作用下,旋转中心附近的被动土压力受筒顶节点位置影响较大,筒顶节点越往外偏移,被动土压力越小;旋转中心以下的主动土压力受筒顶节点位置影响同样较大,筒顶节点越往外偏移,主动土压力越大。

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具有凸包结构的风力机翼型表面减阻数值模拟

赵萌, 兰兴博, 侯卜瑛, 刘印桢

2024, 45(9): 574-585. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1282

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基于非光滑凸包面减阻原理,通过分析半球型凸包不同结构参数下的绕流场特性得出其最优参数,在此基础上定义流线型凸包来探讨二者结构在减阻方面的差异,并分析凸包结构对风力机的影响。对附加两种凸包的NACA0012翼型及加入了半球型凸包的风力机进行数值模拟,并对其气动特性进行分析。研究表明：当半球型凸包的高度为弦长的0.4%时,其减阻效果最佳,并在攻角为10°~16°之间具有良好的减阻效果。附加间隔比为3的凸包结构将使翼型减阻效果达到最佳。半球型和流线型凸包结构均在攻角为14°时取得最好减阻效果,其最大减阻率分别为12.69%和17.39%。与半球型凸包结构相比,流线型凸包结构的外形曲率变化较小,使流动较好地贴合在流体与物体的交界处,以致黏性阻力的能耗更小。同时考虑到加工制造的工艺难度和实际情况,将优选的凸包结构应用于风力机叶片表面,与原始风力机相比,加入凸包结构的风力机能量利用区半径增大了20.68%;叶尖涡对高速流区域的影响降低,湍动能分布更加均匀,在额定工况下其扭矩和推力分别提升了14.72%和5.41%,提高了能量利用率及运行稳定性。

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拉伸及弯曲载荷作用下风电叶片主梁面外褶皱缺陷的失效预测研究

郭志辉, 李慧, 王珑, 周勃, 辛雯

2024, 45(9): 586-594. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2110

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叶片主梁褶皱严重危及风力机运行安全,该文提出一种基于连续损伤力学（CDM）模型来预测含不同高宽比的面外褶皱单向板的失效方法。首先,基于ABAQUS建立5种含不同高宽比的面外褶皱的5层单向板数值分析模型,通过编写USDFLD子程序并采用连续壳单元（SC8R）进行拉伸失效载荷预测和渐进损伤失效历程研究,并与试验对比,验证该文分析方法的精准性。进一步,基于AeroDyn 2 MW-45.3 m叶片主梁厚度分布,建立3种含不同高宽比的面外褶皱的15层大厚度单向板的数值分析模型,为了探究剪切效应对层合板性能的影响,编写VUMAT子程序并采用三维Hashin准则分别预测拉伸载荷和弯曲载荷作用下,褶皱对主梁单向板抗拉与抗弯性能的影响规律。研究结果表明：褶皱的高宽比对单向板承载能力影响较大,随着褶皱高宽比增大,叶片主梁的抗拉和抗弯性能逐渐降低,并受单向板厚度方向应变ε₃₃和面外应变ε₁₃的耦合作用影响,在高应变区域出现分层,显著降低单向板的刚度和强度。

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α—O—4型木质素二聚体分子间相互作用机理研究

崔达, 尹鹤霖, 吴爽, 刘斌, 王琦, 王擎

2024, 45(9): 595-602. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0679

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不同于传统单分子分解机制,聚焦双分子反应热解机理,采用密度泛函理论（DFT）的GGA/RPBE方法,选取α—O—4型木质素二聚体模型化合物苄基苯基醚（BPE）为研究对象,确定其中存在的分子间相互作用关系以及关键产物在热解过程中形成的化学途径,并重点研究木质素中取代基对分子间相互作用关系产生的影响。研究结果表明,在单分子反应中,取代基会提高各个键的活性,CH₃取代基会促进C—O键的均裂。木质素分子与自由基之间存在强烈的相互作用,但取代基会抑制分子间相互作用关系,且取代基上H自由基参与反应的意向弱于木质素连接键上的H自由基。4种α—O—4型木质素脱氢二聚体自由基主要可能发生均裂的键是O—C_芳香族键,而非C_α—O键。

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山东半岛附近海域风、浪能资源联合评估

曹飞飞, 覃小苏, 李妍妮, 史宏达, 袁宁

2024, 45(9): 603-610. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0617

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采用ERA5风场驱动第三代浅海海浪数值模式（SWAN）,构建山东半岛附近海域波浪模型,得到30 a同步风浪数据,对海上风能和波浪能进行联合评估。评估分析海上风能和波浪能的能源潜力、稳定性及两种资源的相关性、互补性,可为未来风浪资源联合开发提供依据。研究结果表明,该海域风能和波浪能资源丰富,有明显的季节变化特征,冬季资源最为丰富且稳定性较高。两种资源在近岸海域的互补性更强,在渤海西部和黄海北部的近岸海域相关性相对较低,具有更高的联合开发潜力。

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基于多储能动态调控的光储黑启动控制策略

李翠萍, 王艺茗, 李军徽, 朱星旭, 张哲深, 黄建文

2024, 45(9): 611-622. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0609

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首先,建立多储能光伏联合系统,根据储能实时状态将储能系统进行分级,设计3种不同优先等级的储能分别承担不同任务;然后,将不同优先等级的储能设定相应的控制方案,提出基于多储能动态调控的光储黑启动控制策略,实时监控储能的运行状态,以防止多储能系统因越限等原因造成黑启动任务失败;最后,通过Matlab对3种不同工况进行仿真模拟,验证多储能动态调控的黑启动控制策略的有效性。

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计及灵活性和源荷不确定性的储能优化配置方法

曹林锋, 呼斯乐, 杨家强, 赵禹灿, 王渊, 陈超

2024, 45(9): 623-629. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0676

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提出一种计及灵活性和源荷不确定性的储能容量优化配置方法,考虑火电机组和储能对灵活性的影响,并采用模糊机会约束描述源荷不确定性,综合考虑储能投资成本、系统运行成本、灵活性约束和源荷不确定性,建立双层储能配置模型,采用粒子群算法和CPLEX商业求解器进行求解。基于改进的IEEE 30节点系统进行对比验证,结果表明所提模型较传统模型的储能配置结果更合理,系统运行成本更低。

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独立储能电站参与电能量和调频市场容量投标的协同优化

王子谋, 黄弦超, 史磊, 柴逸风, 舒隽

2024, 45(9): 630-638. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0719

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首先,分别应用多面体不确定集合和基于Wasserstein距离的不确定集合描述调频信号和实时电能量和调频市场价格的不确定性。其次建立独立储能电站参与联合市场的分布式鲁棒优化模型,以协同优化不同市场的申报容量。模型中引入实时调频性能指标以反映调频响应对调频收入、充放电成本以及退化成本的综合影响,从而更好地优化储能的自调度计划。采用拉格朗日对偶法将所建立的分布式鲁棒优化模型转换为经典鲁棒优化模型,并通过去绝对值、构建分段函数等方法进行线性化后调用gurobi求解器进行求解。最后通过算例验证所提优化模型的正确性和有效性。

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基于多属性决策理论的抽蓄电站容量规划综合决策方法研究

张成, 夏沛, 张晓星

2024, 45(9): 639-646. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0722

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针对风电-火电-抽蓄联合运行系统中抽蓄电站的容量规划问题,提出一种基于德尔菲法、区间直觉模糊理论、灰色关联理论和前景理论的综合决策方法。该方法考虑定性指标的不确定性、指标间的相互影响关系和决策者的风险偏好。经算例验证,所提方法能够决策出适应不同风险环境的最优容量规划方案,可为抽蓄电站容量规划问题提供参考。

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铜铝锌复合金属氧化物导热系数和储热特性研究

吕洪坤, 邓佳莉, 丁历威, 侯成龙, 肖刚, 祝培旺

2024, 45(9): 647-654. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0769

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铜铝复合金属氧化物储热材料导热系数低,该文通过复合导热相氧化锌提高导热系数,对其导热提升机理和改善后的储热特性进行研究。结果表明：铜铝锌复合金属氧化物Cu₉Al₁Zn₃固体介质连续性提高/孔隙率降低/导热系数提高71%;同时其氧化还原基本可逆,还原/氧化反应时间从Cu₉Al₁的1.45 min/4.48 min降到1.16 min/2.82 min,循环稳定性高,在200次循环内能够保持98.3%的还原特性和94.2%的氧化特性;成型模块储热试验中Cu₉Al₁Zn₃模块还原/氧化反应时间从Cu₉Al₁的30.4 min/24.5 min降到20.5 min/22.9 min,反应速率加快,反应时间缩短,能够更快完成储放热响应。

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管翅式相变储热系统结构/热源条件强化传热数值模拟研究

刘云龙, 龙威, 别玉, 林婷婷

2024, 45(9): 655-661. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0780

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基于焓法的凝固/熔化模型,在考虑自然对流的情况下,建立管壳式相变换热器的熔化模型,并研究管翅片布局和热边界条件对相变材料瞬态熔化行为的影响机理。针对均匀的管翅片布局和恒定壁温热边界条件,设计一种具有方形波动热源的偏心结构,并对两者之间的强化传热规律进行比较和分析。结果表明,偏心布局可使相同传热面积中热传递盲区的熔化得到改善,而方形波动热源可增强前熔化阶段中央区域的自然对流;能量存储参数对比表明,相比原始结构,偏心布局结构或方形波动热源的熔化时间分别缩短12.5%和6.25%,而同时优化热源和结构的熔化时间缩短31.25%。方形波动热源和偏心结构能显著提高换热器的熔化速率。

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KNO₃-NaNO₂-KNO₂三元系相图筛选及物性测试

王元媛, 鹿院卫, 樊占胜, 吴玉庭

2024, 45(9): 662-667. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0782

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为研发出与太阳能热发电技术相匹配的新型传/蓄热熔盐材料,选取KNO₃、NaNO₂和KNO₂作为研究对象,基于亚正规溶液模型对KNO₃-NaNO₂-KNO₂三元系相图展开热力学理论计算,同时采用相图软件FactSage 8.2对该体系相图进行模拟,结合试验确定体系共晶点,并对优选熔盐的储热能力进行研究。结果表明,采用亚正规溶液模型计算的三元熔盐的共晶点数据具有较高的准确性。优选出的混合熔盐的组成为42.0% KNO₃-48.5% NaNO₂-9.5% KNO₂（百分数为物质的量分数）,实测熔点为139.8 ℃,熔化终止点为146.3 ℃,熔化热为71.1 J/g,分解温度为652.0 ℃,平均液态比热容约为1.48 J/（g∙K）。

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混合储能系统增强型自抗扰协调控制

陶珑, 马小勇, 王议锋, 梁宁一, 王忠达, 孙明鹏

2024, 45(9): 668-677. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0808

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针对复杂扰动下微电网难以实现理想动态问题,依据分频框架和线性自抗扰控制（LADRC）理论,提出一种混合储能增强型自抗扰协调控制策略。该方案在外环中引入级联型线性扩张状态观测器（LESO）以输出理想的波动平抑指令,提高抗扰性。同时,在内环的自抗扰控制律中引入参考微分前馈以优化对外环输出指令的跟踪能力,进而改善动态性能。基于理论分析,从扰动观测精度、参考跟踪误差、扰动衰减等方面分析增强型自抗扰协调控制的优越性,并为参数整定提供指导思想。最后,在半实物仿真平台上对所提策略的性能进行对比测试,验证其可行性和有效性。

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基于虚拟储能的楼宇微电网综合能源优化研究

霍高臣, 苏海滨

2024, 45(9): 678-689. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-0809

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针对目前微电网系统的多能互补耦合问题,提出一种含虚拟储能的楼宇微电网优化新方法。首先由热平衡方程与人体舒适温度范围构建楼宇虚拟储能模型;其次建立引入虚拟储能模型的楼宇微电网结构,在人体舒适温度范围内对楼宇室温进行制冷/制热,完成虚拟储能的充放冷/热能管理,同时引入需求响应机制优化管理用户用能习惯;最后选用冬季和夏季两种典型气候场景为例,对独立的小工业厂房分别进行含和不含虚拟储能的微电网运行研究分析,以系统日综合运行成本最小为目标,使用改进的金鹰算法优化求解模型。仿真结果表明所提出的新型方法能降低系统的运行成本。

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不同压缩比螺旋翅片对相变储能罐蓄热响机制

杨先亮, 杜双庆, 袁威, 邱玉龙

2024, 45(9): 690-696. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1133

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在传统螺旋翅片基础上提出3种不同压缩比的螺旋翅片结构。首先数值模拟不同压缩比的螺旋翅片储能罐相变材料的熔化过程;其次,讨论4个储能罐中温度场和固液界面的演变情况;再次,分析液相分数、平均温度和平均努塞尔数的变化趋势;最后,对比不同压缩比下相变材料的总蓄热量、熔化时间和平均蓄热速率。结果表明：设计压缩比合适的螺旋翅片可有效促进储能装置相变材料的熔化,减轻下部温度垂直分层现象,增强相变材料的自然对流,提升相变储能罐的蓄热性能;随着压缩比的增加,蓄热速率呈先增加后减小的趋势,而完全熔化时间则先减少后增加;与无压缩螺旋翅片的储能罐相比,当压缩比为3时,石蜡完全熔化时间缩短27.27%,平均蓄热速率提升33.33%,但当压缩比增加到7时,平均蓄热速率反而下降25%,完全熔化时间增加34.67%。

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考虑调频阶段需求的混合储能一次调频综合控制策略

贺悝, 郭罗权, 谭庄熙, 李欣然, 黄际元, 陈超洋

2024, 45(9): 697-708. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-1580

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针对频率动态过程中的快速恢复需求,提出一种基于改进惯性响应的混合储能一次调频控制策略。首先,研究电网频率调节的响应特性,对调频的动态过程进行定量分析,揭示惯量特性对频率动态变化性能的影响。其次,从频率恶化和恢复两个不同阶段的需求出发,提出基于不同调频阶段需求的下垂变惯性综合控制方法提升系统的频率动态性能,并从系统稳定性及储能安全运行两个方面给出下垂系数及惯性系数的整定方法。进一步地,给出混合储能功率容量的配置方法。最后,结合不同净功率波动工况进行仿真验证,并根据不同类型混合储能方案进行容量配置比较。结果表明,所提控制策略可有效提升储能的调频控制效果,减小频率越限的可能性,增强系统频率运行的稳定裕量,有一定的技术经济实用价值。

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